1.概述

　　脈沖寬度調(diào)制（PWM），是英文“Pulse Width Modulation”的縮寫，簡稱脈寬調(diào)制，是利用微處理器的數(shù)字輸出來對(duì)模擬電路進(jìn)行控制的一種非常有效的技術(shù)，廣泛應(yīng)用在從測量、通信到功率控制與變換的許多領(lǐng)域中。

　　脈沖寬度調(diào)制是一種模擬控制方式，其根據(jù)相應(yīng)載荷的變化來調(diào)制晶體管柵極或基極的偏置，來實(shí)現(xiàn)開關(guān)穩(wěn)壓電源輸出晶體管或晶體管導(dǎo)通時(shí)間的改變，這種方式能使電源的輸出電壓在工作條件變化時(shí)保持恒定，是利用微處理器的數(shù)字輸出來對(duì)模擬電路進(jìn)行控制的一種非常有效的技術(shù)。

　　PWM控制技術(shù)以其控制簡單，靈活和動(dòng)態(tài)響應(yīng)好的優(yōu)點(diǎn)而成為電力電子技術(shù)廣泛應(yīng)用的控制方式，也是人們研究的熱點(diǎn)。由于當(dāng)今科學(xué)技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)沒有了學(xué)科之間的界限，結(jié)合現(xiàn)代控制理論思想或?qū)崿F(xiàn)無諧振軟開關(guān)技術(shù)將會(huì)成為PWM控制技術(shù)發(fā)展的主要方向之一。

　　傳統(tǒng)的PWM控制技術(shù)多用于兩電平電路的驅(qū)動(dòng)控制，其主要方法是正弦脈寬調(diào)制（SPWM），調(diào)制波為正弦波，依靠三角載波和調(diào)制波的比較得出交點(diǎn)實(shí)施控制，其電壓利用率低，諧波含量大。相對(duì)SPWM控制，具有電壓利用率高、諧波含量小、大大改善了系統(tǒng)的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)性能，具有結(jié)構(gòu)簡單、容易實(shí)現(xiàn)、控制高等特點(diǎn)。本文采用空間矢量控制的控制策略，并對(duì)整流電路采用電壓外環(huán)PI和電流內(nèi)環(huán)PI控制相結(jié)合的方法，建立三相電壓型PWM矢量控制方案的仿真模型，并對(duì)其進(jìn)行分析研究。

2.三相電壓型PWM整流器控制方案

　　圖1為三相電壓型PWM整流器空間矢量控制框圖，它由主電路和控制回路兩部分組成。同時(shí)，控制回路對(duì)主電路的輸入電流和輸出直流電壓進(jìn)行檢測，一方面，將檢測值 與給定值 進(jìn)行比較后送入PI控制調(diào)節(jié)器，輸出值與電流 比較并將其輸出送入PI控制器變?yōu)殡妷盒盘?hào)，再經(jīng)坐標(biāo)變換送入SVPWM脈沖產(chǎn)生單元，完成電壓閉環(huán)控制；另一方面，將檢測的輸入電流經(jīng)坐標(biāo)變換與給定電流 比較，送入PI控制器變?yōu)殡妷盒盘?hào)，再經(jīng)坐標(biāo)變換送入SVPWM脈沖產(chǎn)生單元，完成電流的閉環(huán)控制。矢量控制單元通過矢量運(yùn)算，生成所需要的PWM波，控制雙向變換器，達(dá)到輸出電壓的穩(wěn)定和輸入側(cè)交流電流的正弦化。

　　 圖1 三相電壓型PWM空間矢量控制方框圖

　　控制系統(tǒng)框圖中的PI控制模塊、坐標(biāo)變換模塊和矢量控制模塊的工作原理參考文獻(xiàn)1，其具體參數(shù)需要在仿真中確定。

3.空間矢量控制的PWM整流器仿真模型建立和分析

3.1仿真模型的建立[4 5]

　　利用Matlab/Simulink軟件包，根據(jù)控制框圖建立仿真模型。仿真模型主要包括主電路模型、控制電路模型和功率因數(shù)計(jì)算模型等。

　　（1） 主電路模型

　　主電路仿真模型如圖2所示。它主要由輸入電源模塊、三相整流器模塊和一些電壓、電流測量單元組成。

　　 圖2主電路模型

　　 （2）控制電路模型

　　 圖3控制電路模型

　　 控制電路仿真模型如圖3所示。它主要由PI控制器模型、坐標(biāo)變換模型以及矢量控制器模型等部分組成。其中，坐標(biāo)變換和矢量控制器仿真模型的建立主要根據(jù)矢量控制原理搭建而成，其仿真模型如圖4所示。

　　 圖4 SVPWM仿真模型

　　 （3）功率因數(shù)計(jì)算模型

　　 圖5 功率因數(shù)計(jì)算模型

3.2  仿真結(jié)果

　　根據(jù)上面搭建的仿真模型，給定仿真參數(shù)假定如下：交流側(cè)輸入為三相260V交流電壓，交流側(cè)電感取3.4mH，直流側(cè)濾波電容為1000μf，給定直流輸出電壓為650V，開關(guān)頻率10KHZ，負(fù)載電阻為40Ω。在t=0.05s時(shí)，突加負(fù)載使負(fù)載電阻由40Ω變?yōu)?0Ω。仿真結(jié)果如下所示。

　　 輸入a相電壓和電流穩(wěn)態(tài)波形　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　 圖7 輸出直流電壓穩(wěn)態(tài)波形

　　 圖8 功率因數(shù)響應(yīng)曲線

　　 輸入電流隨負(fù)荷波動(dòng)曲線　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 10 輸出直流電壓隨負(fù)荷波動(dòng)曲線

4.結(jié)束語

　　根據(jù)電壓空間矢量控制的基本概念和控制框圖，建立三相電壓型PWM整流器空間矢量控制的仿真模型，并對(duì)每個(gè)模塊進(jìn)行詳細(xì)的分析。從圖6～圖8可以看出采用這種控制方案輸出直流電壓響應(yīng)速度快，輸入交流側(cè)電流波形為正弦波且與輸入交流電壓相位相同，基本實(shí)現(xiàn)了單位功率因數(shù)。通過仿真結(jié)果可以看出采用空間矢量控制的整流器具有很好的動(dòng)態(tài)特性和穩(wěn)定性。